CN110030534A - 一种复合聚光装置及其配光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明装置技术领域，具体涉及一种复合聚光装置及其配光方法，其中复合聚光装置包括发光源、聚光杯以及光学透镜，所述发光源以及光学透镜分别设于聚光杯的两端；所述光学透镜包括位于光学透镜中部的呈圆形的衍射光学部以及环绕于衍射光学部外围的平面透光部；所述发光源的中心与聚光杯一端开口的圆心重合，所述衍射光学部的中心与聚光杯另一端的开口的圆心重合。本发明的复合聚光装置及其配光方法，解决了装置光效利用率低的问题。

Description

一种复合聚光装置及其配光方法

技术领域

本发明涉及照明装置技术领域，具体涉及一种复合聚光装置及其配光方法。

背景技术

聚光装置是使用聚光镜头或反射镜等聚成，使得灯发出的光的光效更好；反射镜灯的发光原理比较简单，同时具备照度强、照幅窄、便于朝场景中的特定区位集中照射的灯，是摄影棚和演播室内用得最多的一种灯，同时，还在交通车辆中机车的前照灯、舰船的探照灯以及商业照明中的窄光束重点照明上有很多的应用。

目前市场上所有聚光装置(窄光束灯具)通常采用聚光杯或光学透镜单一配光，或者是简单组合产生的配光，其灯具光效利用率低的缺点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种复合聚光装置及其配光方法，以解决装置光效利用率低的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种复合聚光装置，包括发光源、聚光杯以及光学透镜，所述发光源以及光学透镜分别设于聚光杯的两端，所述光学透镜包括呈圆形的衍射光学部以及环绕于衍射光学部外围的平面透光部。

其中，所述发光源的中心与聚光杯一端开口的圆心重合。

其中，所述衍射光学部的中心与聚光杯另一端的开口的圆心重合。

其中，所述衍射光学部为菲涅尔透镜、凸透镜以及矩阵透镜中的一种或几种。

其中，所述发光源的照射光经聚光杯的内侧壁反射后经衍射光学部外围的平面透光部穿过射出。

其中，所述发光源的最大照射角度为A1°，所述发光源最大照射角度的照射光照射至聚光杯的内侧壁并形成与聚光杯相切的A面，所述A面的直径不大于衍射光学部的直径。

其中，所述发光源最大照射角度A1°的范围为60°至360°。

本发明还公开了一种复合聚光装置的配光方法，所述发光源射出照射光，该照射光包括b1光路、b2光路以及b3光路；所述配光方法还包括以下步骤：

步骤a，所述b1光路从发光源射出未经聚光杯折射直接照射至衍射光学部，并经衍射光学部的折射后射出；

步骤b，所述b2光路从发光源射出未经聚光杯折射直接照射至平面透光部，并直接从平面透光部穿过射出；

步骤c，所述b3光路从发光源射出经聚光杯折射后照射至平面透光部，并直接从平面透光部穿过射出。

其中，所述b1光路经衍射光学部的折射后垂直射出。

其中，所述b3光路从发光源射出经聚光杯折射后垂直照射至平面透光部，并垂直穿过平面透光部后射出。

本发明的有益效果：

解决了装置光效利用率低的问题：由于传统情况下的光效利用率较低，本发明的复合聚光装置，通过设置有发光源、聚光杯以及光学透镜，光学透镜包括有呈圆形的衍射光学部以及环绕于衍射光学部外围的平面透光部，发光源射出的照射光一部分通过衍射光学部折射后垂直射出，另一部分通过聚光杯反射后从平面透光部射出，从而提高光效的利用率，增加本发明的复合聚光装置射出的光照强度。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的分解结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明的又一剖视图。

图4为本发明的模拟光效图。

图5为发光源与聚光杯配合的模拟光效图。

图6为发光源与普通的光学透镜配合的模拟光效图。

图7为发光源、聚光杯以及普通的光学透镜配合的模拟光效图。

图8为模拟状态下发光源的定义图。

图9为模拟状态下本发明的光强模拟图。

图10为模拟状态下发光源与聚光杯配合的光强模拟图。

图11为模拟状态下发光源与普通的光学透镜配合的光强模拟图。

图12为模拟状态下发光源、聚光杯以及普通的光学透镜配合的光强模拟图。

附图标记

发光源--1，聚光杯--2，

光学透镜--3，衍射光学部--31，平面透光部--32，

b1光路--41，b2光路--42，b3光路--43，A面--44。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰或调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1至图3所示，一种复合聚光装置，包括发光源1、聚光杯2以及光学透镜3，所述发光源1以及光学透镜3分别设于聚光杯2的两端；所述光学透镜3包括位于光学透镜3中部的呈圆形的衍射光学部31以及环绕于衍射光学部31外围的平面透光部32。

在实际使用时，为了达到更好的聚光效果，所述发光源1的中心与聚光杯2一端开口的圆心重合，所述衍射光学部31的中心与聚光杯2另一端的开口的圆心重合。

本实施例还公开了一种复合聚光装置的配光方法，所述发光源1射出照射光，该照射光包括b1光路41、b2光路42以及b3光路43，该方法包括以下步骤：

步骤a，所述b1光路41从发光源1射出未经聚光杯2折射直接照射至衍射光学部31，并经衍射光学部31的折射后射出；

步骤b，所述b2光路42从发光源1射出未经聚光杯2折射直接照射至平面透光部32，并直接从平面透光部32穿过射出；

步骤c，所述b3光路43从发光源1射出经聚光杯2折射后照射至平面透光部32，并直接从平面透光部32穿过射出。

其中，所述b1光路41经衍射光学部31的折射后垂直射出。

作为一种优选实施例，所述b1光路41经衍射光学部31的折射后垂直射出，所述b3光路43从发光源1射出经聚光杯2折射后垂直照射至平面透光部32，并垂直穿过平面透光部32后射出。

上述方案中，复合聚光装置的剖视图如图2所示；聚光杯2的两端分别设有开口，发光源1这一端的开口面积比光学透镜3这一端的开口面积要小，这样设置才能使得发光源1发出的照射光经聚光杯2的内侧壁折射后从光学透镜3射出。

参见图4、图5、图6以及图7，可以看出，聚光装置真正能够利用的光效，仅是从聚光杯2一端开口处垂直射出的照射光，而未从聚光杯2一端开口处垂直射出的照射光，就不能作为出光光效进行统计和利用；即从聚光杯2一端开口处垂直射出的照射光越多，装置的光效利用率则越高。b3光路43的光线经过聚光杯2的内侧壁折射后后经平面透光部32直接射出构成第一个光路；发光源1发出的光路b1，原来是自由散射无法照到目标而浪费的光线经衍射光学部31形成折射构成第二个光路；第一个光路和第二个光路的光线互不影响，相互叠加形成高亮的光斑，从而实现高效节能；相对来说，发光源1发出的b2光路42，则是未经聚光杯2折射直接照射至平面透光部32，这部分的光效无法利用，但是能有效利用的光路部分远大于这部分的光路。

作为一种优选实施例，参见图1，所述衍射光学部31为菲涅尔透镜、凸透镜以及矩阵透镜中的一种或几种，除了菲涅尔透镜、凸透镜和矩阵透镜，其他的可达到改变平行光线的射出角度的光学材料，均属于本实施例的记载范围内，在此不再赘述。

作为一种优选实施例，参见图2，所述发光源1的照射光经聚光杯2的内侧壁反射后经衍射光学部外围的平面透光部32穿过射出。由于照射光从发光源1的中心点射出的角度和发光源1、聚光杯2和光学透镜3之间的距离是可以通过测量或计算得出的，故聚光杯2的内侧壁的斜度是根据聚光杯2的深度以及发光源1的最大照射角度范围决定的，具体决定的参数和测量方式对于本领域技术人员而言是非常常规的，属于现有技术，在此不再赘述。

作为一种优选实施例，所述发光源1的最大照射角度为A1°，该最大照射角度的A1°的范围为60°至360°之间，发光源1的最大照射角度范围一般按照本实施例的聚光装置的适用场合来决定，某些球面光源的照射角度可以达到360°。所述发光源1最大照射角度的照射光照射至聚光杯2的内侧壁并形成与聚光杯2相切的A面44，所述A面44的直径不大于衍射光学部31的直径。由于发光源1的最大照射角度决定了A面44的大小，发光源1的最大照射角度越小，A面44的面积越大，说明b3光路43越窄，而需要的衍射光学部31的直径就越小；同理，发光源1的最大照射角度越大，A面44的面积越小，说明b3光路43越宽，而需要的衍射光学部31的直径就越大。

另外，本实施例的具体的光强模拟图、发光源1与聚光杯2配合的光强模拟图、发光源1与普通的光学透镜3配合的光强模拟图、发光源1、聚光杯2以及普通的光学透镜3配合的光强模拟图，可以参照图7至图11，在这些光强模拟图中，统一发光源1的光强单位为光通量；经软件模拟后，图9中的最大光强处于1.8E+005左右的范围，图10中的最大光强处于1.05E+005左右的范围，图11中的最大光强处于1.1E+005和1.15E+005的范围内，图12中的最大光强处于1.25E+005左右的范围；由此可见，从模拟软件演算出的结果可得出结论，本方案的光强强度远大于传统三种组合的光强强度，可达1.5倍以上的提升效果(此光效与发光源1的最大照射角度的大小相关，最大照射角度越小光效提高越大)。

综上，本实施例的复合聚光装置及其配光方法，由于传统情况下的光效利用率较低，本实施例的复合聚光装置，通过设置有发光源、聚光杯以及光学透镜，光学透镜包括有呈圆形的衍射光学部以及环绕于衍射光学部外围的平面透光部，发光源射出的照射光一部分通过衍射光学部折射后垂直射出，另一部分通过聚光杯反射后从平面透光部射出，从而提高光效的利用率，增加本实施例的复合聚光装置射出的光照强度；另外，通过将发光源1的照射光分成b1、b2以及b3三个光路，并针对每个光路配置不同的出光方式，以达到更好的出光光效，解决传统的聚光装置光效利用率低的问题。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种复合聚光装置，其特征在于：包括发光源(1)、聚光杯(2)以及光学透镜(3)，所述发光源(1)以及光学透镜(3)分别设于聚光杯(2)的两端，所述光学透镜(3)包括呈圆形的衍射光学部(31)以及环绕于衍射光学部(31)外围的平面透光部(32)。

2.根据权利要求1所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述发光源(1)的中心与聚光杯(2)一端开口的圆心重合。

3.根据权利要求1所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述衍射光学部(31)的中心与聚光杯(2)另一端的开口的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述衍射光学部(31)为菲涅尔透镜、凸透镜以及矩阵透镜中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述发光源(1)的照射光经聚光杯(2)的内侧壁反射后经衍射光学部外围的平面透光部(32)穿过射出。

6.根据权利要求1所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述发光源(1)的最大照射角度为A1°，所述发光源(1)最大照射角度的照射光照射至聚光杯(2)的内侧壁并形成与聚光杯(2)相切的A面(44)，所述A面(44)的直径不大于衍射光学部(31)的直径。

7.根据权利要求6所述的一种复合聚光装置，其特征在于：所述发光源(1)最大照射角度A1°的范围为60°至360°。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种复合聚光装置的配光方法，其特征在于：所述发光源(1)射出照射光，该照射光包括b1光路(41)、b2光路(42)以及b3光路(43)；所述配光方法还包括以下步骤：

步骤a，所述b1光路(41)从发光源(1)射出未经聚光杯(2)折射直接照射至衍射光学部(31)，并经衍射光学部(31)的折射后射出；

步骤b，所述b2光路(42)从发光源(1)射出未经聚光杯(2)折射直接照射至平面光学部(32)，并直接从平面光学部(32)穿过射出；

步骤c，所述b3光路(43)从发光源(1)射出经聚光杯(2)折射后照射至平面光学部(32)，并直接从平面光学部(32)穿过射出。

9.根据权利要求8所述的一种复合聚光装置的配光方法，其特征在于：所述b1光路(41)经衍射光学部(31)的折射后垂直射出。

10.根据权利要求8所述的一种复合聚光装置的配光方法，其特征在于：所述b3光路(43)从发光源(1)射出经聚光杯(2)折射后垂直照射至平面光学部(32)，并垂直穿过平面光学部(32)后射出。